新型手持式基因檢測(cè)工具 CRISPR芯片,幾分鐘內(nèi)檢測(cè)到特定的基因突變

CRISPR-Cas9系統(tǒng)除了基因編輯，還有基因標(biāo)靶的能力。近日，刊登于《Nature Biomedical Engineering》的一篇研究提及，將CRISPR與石墨烯制成的電子晶體管結(jié)合，制成一種新型手持式基因檢測(cè)工具CRISPR芯片（CRISPR-Chip），它能夠在幾分鐘內(nèi)檢測(cè)到特定的基因突變，未來可望應(yīng)用于快速診斷遺傳疾病及評(píng)估基因編輯的精準(zhǔn)性。

為了利用CRISPR的基因標(biāo)靶能力，該研究團(tuán)隊(duì)使用失活的Cas9蛋白，它能找到DNA的特定位置但不會(huì)切割它，并將其連接到由石墨烯制成的晶體管上。當(dāng)CRISPR復(fù)合物在其標(biāo)靶的DNA上找到斑點(diǎn)時(shí)，它與其結(jié)合并觸發(fā)石墨烯的電導(dǎo)率的變化，進(jìn)而反過來改變晶體管的電特性。

與眾不同的是，該研究的CRISPR技術(shù)開發(fā)是利用納米電子技術(shù)檢測(cè)DNA樣本基因突變，直接省去PCR流程（PCR-free/ Amplification-free），不再局限于實(shí)驗(yàn)室，同樣可在其他環(huán)境下直接進(jìn)行檢測(cè)。例如，它能在醫(yī)生辦公室或野外工作環(huán)境中進(jìn)行基因檢測(cè)，而無需將樣品送到實(shí)驗(yàn)室。美國(guó)克萊蒙特麥金納學(xué)院（Claremont McKenna College）凱克研究所（KGI）的助理教授Kiana Aran談到，石墨烯電晶體具有極高的靈敏度，與CRISPR技術(shù)合二為一，將純化過的DNA樣本放在芯片上，幾分鐘便可得知檢測(cè)結(jié)果。

自基因檢測(cè)蓬勃發(fā)展，成為臨床醫(yī)師及遺傳學(xué)專家尋找致病基因突變的利器。該研究團(tuán)隊(duì)也通過杜氏肌肉萎縮癥（Duchenne Muscular Dystrophy, DMD）突變基因位點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)證實(shí)其功效。

以DMD兩種常見突變基因的檢體樣本進(jìn)行CRISPR-Chip檢測(cè)，在15分鐘內(nèi)芯片輸出資訊的靈敏度為1.7 fM，其輸出信號(hào)相較于沒有基因標(biāo)靶（gene targeting）序列的樣本來的高。由于DMD是大量的肌肉營(yíng)養(yǎng)不良蛋白基因突變引起，使用CRISPR-Chip可以節(jié)省PCR成本及上機(jī)時(shí)間，更能協(xié)助醫(yī)師為患者規(guī)劃個(gè)人化治療和預(yù)防治療，如個(gè)體抗藥性基因篩檢、遺傳篩檢。另外，該技術(shù)也可監(jiān)測(cè)CRISPR與特定DNA序列結(jié)合與否，或是引導(dǎo)RNA（guide RNA, gRNA）設(shè)計(jì)的正確性。

該研究的共同作者加利福尼亞大學(xué)柏克萊分校（The University of California, Berkeley）生物工程學(xué)教授Niren Murthy表示，只需要從患者身上抽取檢體，DNA樣本純化后與CRISPR-Chip結(jié)合隨即檢測(cè)DNA序列，是該技術(shù)最重要的優(yōu)勢(shì)，這將引領(lǐng)床邊檢測(cè)（bedside assay）趨勢(shì)。

最后，他們希望持續(xù)優(yōu)化并推出更多樣化的CRISPR-Chip技術(shù)應(yīng)用，未來設(shè)計(jì)出一次多種的引導(dǎo)RNA（gRNA）進(jìn)行檢測(cè)，達(dá)到短時(shí)間偵測(cè)多個(gè)基因突變的目標(biāo)。